TP: Pourquoi Mars est elle rouge? Quelques états du fer

L'univers: Le système solaire
TP: Pourquoi Mars est elle rouge?
Quelques états du fer
I)
Problématique
La photo ci-contre représente la planète Mars le 26 août 2003, vue par le
télescope Hubble (©NASA).
La planète Mars possède des calottes de glace et est en partie recouverte d’une
poussière sèche de couleur rouge qui contient du fer.
Sous quelle forme le fer est il présent dans cette poussière?
Comment s’est elle formée?
II)
Expérimentation
Réalisez chacune des expériences décrites ci-dessous:
Expérience 1 : action de l’acide chlorhydrique sur le fer
Dans un tube à essai, versez une pointe de spatule de limaille de fer puis
environ 1 mL d’acide chlorhydrique à 1 mol.L-1(soit sur une hauteur de
1 cm environ). Il se forme des ions fer (II) Fe2+.
FICHES DE SECURITE
Acide chlorhydrique
Schéma
Observations
- Provoque de graves brûlures
- Irritant pour les yeux, les voies
respiratoires, la peau
- Nocif par contact avec la peau,
ingestion et inhalation
Expérience 2 : action de la soude sur les ions fer (II)
Transvaser le liquide du tube à essai précédent dans un tube propre.
Verser environ 1mL de soude à 1 mol.L-1 dans le liquide. Il se forme de
l’hydroxyde de fer (II) Fe(OH)2.
Schéma
Soude (hydroxyde de sodium)
Observations
- Provoque de graves brûlures
L'univers: Le système solaire
Expérience 3 : action de l’air sur l’hydroxyde de fer (II)
Filtrer le contenu du tube.
Attendre quelques minutes : il se forme dans un premier temps de l’hydroxyde de fer (III) Fe(OH)3 puis
celui-ci se transforme spontanément en oxyde de fer (III) hydraté Fe2O3,H2O. Ces deux composés ont la
même couleur.
Schéma
Observations
Expérience 4 : déshydratation de l’oxyde de fer (III) hydraté
Poser le filtre sur la soucoupe puis, à l'aide de la spatule, gratter l'oxyde de fer (III).
Placer l’oxyde de fer (III) hydraté dans un tube à essai et chauffer modérément à l’aide d’un bec électrique.
L’oxyde de fer (III) se déshydrate.
Schéma
Observations
Expérience 5 : action de l’aluminium sur l’oxyde de fer (III) (prof)
Un mélange de poudre d’oxyde de fer et de poudre d’aluminium est placé sur une brique réfractaire.
La réaction est amorcée par la combustion d’un ruban de magnésium. Il se forme un métal incandescent qui
devient gris en refroidissant et qui est attiré par un aimant.
Schéma
Observations
L'univers: Le système solaire
Complétez le diagramme ci-dessous par la formule chimique du composé obtenu, son état (en solution,
précipité, métal, poudre …) et sa couleur.
Acide chlorhydrique
Fe
Etat:
Etat:
Couleur :
Couleur :
……………………
…………………..
……...........………
Etat:
Couleur :
………..........…….
…………..........….
Etat:
Couleur :Filtration
puis réaction
avec le dioxygène de
l’air en milieu humide
Déshydratation
Fe(OH)3
Spontanée
Etat:
Etat:
Couleur :
Couleur :
Conclusion: quelle est la formule chimique du composé de fer qui donne sa couleur à Mars?
III)
Prolongement
Le composé trouvé est l’un des constituants de la rouille.
En présence de quels réactifs la rouille se forme-t-elle ?
Qu’en déduisez-vous sur la composition de Mars dans le passé ?
L'univers: Le système solaire
TP: Pourquoi Mars est elle rouge? Quelques états du fer
Grille d'autoévaluation
Critères de Réussite
Je connais
Suivre un protocole La verrerie courante en chimie
donné
Je suis capable de
Identifier les réactifs et la verrerie à utiliser
Je suis capable de
Observer
Observer et décrire les transformations lors d’une expérience de chimie
Je connais
Les pictogrammes de danger
Je suis capable de
Identifier le risque
Comprendre les pictogrammes et les phrases de risque associées
Attitude
Avant d’utiliser un réactif, je vérifie si une fiche de risque a été fournie
Attitude
Ma blouse est fermée et mes cheveux attachés, mon espace de travail
est dégagé
Respecter les règles Je ne respire pas au-dessus d’un récipient contenant un produit
chimique
de sécurité
Je mets des gants lorsque c’est nécessaire
En cas de contact accidentel d’un produit à risque avec la peau ou les
yeux, je rince abondamment à l’eau courante pendant 10 minutes.
Je mets en relation des connaissances et une observation pour émettre
Emettre une
une hypothèse sur les conditions de formation d’un composé.
hypothèse
Oui
Non
L'univers: Le système solaire
2nde
L’Univers / Connaître Mars / Séquence 4 - Connaître le sol
me
Activité expérimentale
POURQUOI MARS EST-ELLE ROUGE ?
Capacités travaillées par
Fiche prof
Suivre un protocole donné
Observer, extraire des informations d’un fait observé
Identifier le risque
Respecter les règles de sécurité
Emettre une hypothèse
tous les élèves :
Objectifs de la séance :
Comprendre qu’un élément peut exister sous différents états
Réaliser des expériences simples en respectant les conditions de sécurité
Comprendre que les éléments se conservent au cours d’un cycle pour le choix
du meilleur site de lancement pour un voyage sur Mars.
Groupe formateurs Lycée-Académie de Toulouse
Prérequis :
1 h 30
 Représentation des atomes par des symboles, des molécules par des formules (4e)
 Notion d’ions (3e)
 Les produits acides ou basiques concentrés présentent des dangers (3e)
Un cycle du fer
Fe
acide
chlorhydrique
Aluminium
(aluminothermie)
Fe2+
soude
Fe2O3
Dioxygène en
milieu humide
Fe(OH)2
(« rouille »)
Réaction avec dioxygène
de l’air en milieu humide
Déshydratation
(étuve)
Fe2O3, H2O
Spontanée
Fe(OH)3
Remarques sur les expériences

Action de l’acide chlorhydrique sur le fer : à tester avant. Cette réaction est étudiée en
troisième, et les collègues ne mentionnent pas de problèmes de mise en œuvre.
L'univers: Le système solaire
Néanmoins, d’après les teste réalisés dans mon lycée avec plusieurs qualités de fer (clou, limaille, 2 poudres de
marques différentes) : suivant les qualités de fer et les concentrations, il arrive que seul le dégagement gazeux soit
visible et pas la couleur verdâtre. Cependant, même lorsque la couleur verdâtre n’est pas visible à l’œil nu, la mise
en évidence des ions Fe2+ par la soude se fait correctement.
Avec de l’acide chlorhydrique à 2 mol.L-1, voici la coloration obtenue après 30 minutes ( !) avec les réactifs
disponibles dans mon lycée. Ce n’est pas très vert…
Je pense prévoir pour chaque binôme un tube à essai dans lequel on aura démarré la réaction une demi-heure à
une heure avant l’expérience en classe.

Action de la soude sur la solution contenant les ions Fe2+ : pour
obtenir une quantité significative de précipité, et pouvoir faire la suite, il faut
que la solution soit suffisamment concentrée en ions Fe2+ : sinon on obtient
davantage une suspension solide ressemblant à des « flocs » qu’un précipité
abondant que nous allons pouvoir filtrer.
Dans les tubes ci-contre, celui de gauche a été obtenu en ajoutant la soude
après 5 minutes d’oxydation (pas assez de précipité pour la suite), celui de
droite après 30 minutes (quantité de précipité exploitable).

Oxydation de Fe(OH)2 : si on a obtenu suffisamment de précipité, il suffit de renverser le contenu du tube à
essai dans une coupelle pour augmenter la surface de contact avec l’air... Il est aussi possible de filtrer (plutôt sous
vide) avant d’observer l’oxydation. En quelques minutes, on observe un passage du vert à l’orangé.

Déshydratation : avoir préparé une coupelle d’avance pour avoir un résultat à montrer en cas de manque
de temps… Ci-dessous deux résultats obtenus avec une quantité de précipité plus ou moins importante.

Aluminothermie : Attention aux projections. A réaliser de préférence sous la hotte.
Attention à la lumière très vive lors de la combustion du magnésium : ne pas regarder la flamme directement
(idéalement, placer un verre fumé devant l’expérience).
o
En pratique :
Réaliser un mélange des deux poudres dans les proportions stoechiométriques.
Broyer finement dans un mortier avec un pilon pour éliminer la couche éventuelle d’alumine.
L'univers: Le système solaire
Placer 1 à 2g maximum du mélange sur la brique ou (mieux) dans un creuset percé (avec un papier pour
maintenir la poudre) : dans ce dernier cas, prévoir le récipient rempli d’eau en dessous, ou bien un bac de
sable…
Enflammer le ruban de magnésium (décapé) à l’aide d’un bec bunsen.
Ne pas regarder directement tant que le magnésium brûle : la lumière est très vive (le mieux est de placer
l’expérience derrière un verre fumé).
o
Difficultés possibles:
Si l’aluminium a été oxydé et est recouvert d’alumine, il risque d’y avoir des difficultés à réaliser
l’expérience. Le mélange doit aussi être bien fin et bien sec.
Si le mélange ne s’enflamme pas facilement, une solution peut être de le chauffer un peu avec un bec
bunsen large avant d’insérer le ruban de magnésium.
o
Alternative :
Possibilité de montrer la vidéo suivante au lieu de faire l’expérience.
http://photochemistry.epfl.ch/EFC/Applet/Aluminothermie.mov
Autres ressources possibles
http://www.dailymotion.com/video/xbcal6_pourquoi-mars-est-elle-rouge-y-fran_tech (Vidéo CNES)
http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/labospc/spip.php?article112